顶板灾害防治-班组长

顶板灾害防治华润联盛能源投资有限公司运营部贺命峰2013.4顶板灾害防治主要内容第一节矿山压力基础知识第二节采煤工作面的顶板管理第三节巷道的顶板管理第四节顶板事故及其防治第五节冒顶事故的处理第一节矿山压力基础知识一、顶板的基本概念一、顶板的基本概念1、煤层的顶板位于煤层上面的岩层叫顶板，位于煤层下面的岩层叫底板。2、顶板事故：是指在地下采掘过程中，由于围岩破坏、支护失效而引起的顶板垮塌造成的人员伤亡、设备损坏或生产中止的事故。3、顶板分类1）根据顶板岩层和煤层的相对位置以及顶板岩层在开采后垮落的难易程度，煤层顶板可分为伪顶、直接顶、老顶。（1）伪顶：直接位于煤层之上，多为几厘米至十几厘米厚的炭质泥岩，富含植物化石，在采煤过程中，常常随采随落，不易维护，一般小于0.5米。（2）直接顶：覆盖在伪顶之上的岩层，常为数米厚的粉砂岩、页岩、泥岩等，比伪顶稳定，在采煤过程中，经常在采过一段时间后自行垮落，少数砂岩层需要进行人工放顶。（3）老顶：位于直接顶之上的岩层，一般为厚层的粗砂岩、砾岩或石灰岩，采空后，较长时间内不易垮落，仅发生缓慢变形。2）从顶板管理的角度将顶板分为：易垮落顶板、中等垮落顶板、难垮落顶板、极难垮落顶板和塑性弯曲顶板等五类顶板。一、顶板的基本概念一、顶板的基本概念4、底板分类分为直接底和老底1）直接底：直接位于煤层之下的岩层，多为富含植物根化石的泥岩和泥质页岩。由于这种岩石遇水后膨胀，容易引起底鼓现象，可造成运输线路或巷道支架的破坏。2）老底：位于直接底之下，常为厚层状砂砾岩或石灰岩。煤层顶、底板的发育程度受当时沉积作用和后期构造运动的影响，因此不同地区的煤层顶底板性质及发育程度不同，有的煤层顶底板发育完好，几种类型的顶底板都有，有的煤层缺少某种类型的顶板或底板。二、矿山压力的基本概念水平原岩应力铅垂原岩应力采矿开挖引起的应力集中1、矿山压力由于采掘活动的影响，而在采掘空间周围岩体上及支护物上所产生的力称为矿山压力。二、矿山压力的基本概念2、矿山压力显现由于矿山压力的作用将引其围岩及支护物的位移、变形、破坏等一系列的力学现象称为矿压显现。二、矿山压力的基本概念3、矿山压力与矿山压力显现的关系1）矿压是矿压显现的原因，矿压显现是矿压作用的结果。2）矿压存在是绝对的、不可控制的，矿压显现是相对的、有条件的、可以控制的。3）矿压显现与矿压大小并不成比例二、矿山压力的基本概念4、矿山压力变化的一般规律1）顶板暴露面积越大，压力也就越大。2）顶板悬露时间越长，压力越大。3）顶板越破碎、越松软，压力越大。4）巷道越宽，顶板压力越大。5）护巷煤柱越小，巷道承受的压力越大。6）巷道交叉点越多，顶板压力越大。三、采煤工作面矿压显现规律1、全部垮落法控制顶板时矿压显现规律1）直接顶的初次垮落回采工作面从开切眼开始向前推进，直接顶悬露面积增大，当达到其极限跨距时开始垮落（一般6～20m）。直接顶的第一次大面积垮落称直接顶的初次垮落。直接顶初次垮落时的跨距称初次垮落步距。三、采煤工作面矿压显现规律2）老顶的初次来压直接顶垮落后，工作面继续向前推进，老顶呈现梁的状态，老顶的跨度愈来愈大，老顶逐渐弯曲下沉，达到极限跨度时就会断裂（此时的跨距称老顶的初次断裂步距），随着工作面推进将失稳，从而造成工作面顶板急剧下沉，工作面支架普遍增大，称老顶的初次来压（工作面回采以来的第一次大规模来压）。由开切眼到初次来压时工作面推进的距离称为老顶的初次来压步距。（一般20～35m）。三、采煤工作面矿压显现规律3）老顶的周期来压老顶初次来压后，老顶的结构将发生变化，将经历“稳定－失稳－再稳定”的周期性过程，老顶岩梁将周期性失稳下沉，导致工作面周期性来压，称为老顶的周期来压（老顶的周期性来压现象）。老顶岩梁周期断裂的距离，称为老顶的周期来压步距。（一般为初次来压步距的1／2～1／4）*注意直接顶的初次垮落与老顶的初次来压的区别。2、分层开采时的矿山压力显现由于在第一分层回采时顶板岩层已经历了一次悬露、破裂、折断和垮落的过程，完整性受到了破坏；因此，下分层工作面的老顶来压将会显著减弱或者不再显现，即通常所说的在回采顶分层时可能出现“动压”，而在回采下分层时则主要表现为“静压”。其基本表现为老顶来压步距小；强度小；支架载荷变小；顶板下沉量变大。（三小一大）三、采煤工作面矿压显现规律3、放顶煤工作面矿山压力显现三、采煤工作面矿压显现规律支承压力冒落的松散顶煤损伤和破坏的顶煤煤层放顶煤开采技术由于放顶煤开采的支架上方存在一层厚而破碎且随采随放的顶煤，因而与分层开采相比，其矿压显现也有一些其自身的特点：1）放顶煤开采时，一次性采出厚度增大，直接顶的垮落高度成倍增加，并且与煤层的采出厚度显著相关。综放开采时，采场上方仍可形成稳定的砌体梁式老顶结构，但其形成的位置相对远离采场，其稳定性也发生了相应的变化。2）顶煤运移规律及对矿压显现有显著影响。支架上方的顶煤经过了支承压力作用发生了破碎，刚度降低，但破碎程度与顶煤强度，裂隙分布和支承压力分布情况等有关，坚硬顶煤的运移始动点距煤壁距离较小，累计位移量较小，顶煤的破碎效果较差，传递上覆岩层作用的能力较强，则表现出的矿压显现明显。三、采煤工作面矿压显现规律3）支承压力分布区前移。放顶煤开采时，工作面前方的支承压力区距煤壁距离较大，发生前移。对软煤而言，支承压力峰值点距煤壁距离较硬煤的大，峰值小，分布平坦。4）支架工作阻力变化不大。放顶煤工作面的支架阻力不大于单一煤层或分层开采的顶分层开采的工作面的。来压的动载系数也没有明显变化，支架以初撑和一次增阻工作状态为主。前柱工作阻力普遍大于后柱的，一般为10-15%，对于软顶煤而言，顶煤的破碎和放出较充分，支架顶梁后部上方的顶煤较少，不利于传递上覆岩层的作用，因此相对硬顶煤而言，支架前柱的工作阻力大于后柱的工作阻力这一特点表现的更明显。三、采煤工作面矿压显现规律四、掘进巷道矿压显现规律巷道掘进阶段（Ⅰ）掘进巷道仅对小范围岩体造成扰动，故一般情况下矿压显现不会很剧烈.无采掘影响阶段（Ⅱ）顶底板移近速度比掘进期间要小得多，故巷道基本上处于稳定状态。采动影响阶段（Ⅲ）采动影响是由于回采工作引起围岩应力再次重新分布而造成的。这阶段中矿压显现也最强烈。采动影响稳定阶段（Ⅳ）这是巷道围岩经受一次采动影响后重新进入相对稳定的阶段，故其围岩移动特征基本上与无采掘影响阶段类似二次采动影响阶段（Ⅴ）二次采动影响的时间和空间规律与一次采动影响类似，但由于这种情况下巷道受到下区段工作面超前支承压力和巷道煤体一侧残余支承压力的叠加作用，二次采动影响的剧烈程度和影响范围都会比一次采动影响稍大。五、顶板事故的产生原岩应力重新分布掘进过程支护不及时支架强度不足顶板事故支架不适应围岩的变形与破坏类型变形的时间效应空洞围岩破坏特殊地质条件采矿岩石开挖开挖空洞周边应力集中六、矿山压力控制利用矿山压力活动规律采用合理的开挖顺序和过程避免顶板事故，保证采矿作业安全人工控制与支护第二节采煤工作面的顶板管理采煤工作面顶板控制又称顶板管理，是采煤工作面工作空间支护和采空区处理工作的总称。采煤工作空间的直接维护对象是直接顶，直接顶的好坏将对安全生产有直接影响。而直接顶的完整性又受到老顶平衡特征的影响。从一定意义讲控制采煤工作面矿山压力显现主要是控制老顶的活动规律，使其不危及到工作面的安全。工作面支护的直接对象是直接顶。通过直接顶间接地对老顶的活动起一定的控制作用。采煤工作面顶板控制实质是控制采煤工作面矿山压力显现。一、采空区顶板处理方法煤柱支撑法充填法缓慢下沉法全部垮落法二、采煤工作面顶板的支护管理单体支柱支护工作面顶板支护木支柱。摩擦式金属支柱单体液压支柱综采工作面顶板支护综采工作面顶板主要是通过液压自移支架来控制的。液压支架按照支架的支撑特点和结构特点分为：支撑式掩护式支撑掩护式二、采煤工作面顶板的支护管理1、单体支架材料：单体液压支柱、金属铰接顶梁或π型梁。1）基本支架（1）带帽点柱：（用于直接顶比较完整时）有矩形排列和三角形排列。（2）悬臂支护：①按悬臂方向（一梁一柱）正悬臂倒悬臂二、采煤工作面顶板的支护管理②按支柱、顶梁布置齐梁齐柱错梁齐柱错梁错柱二、采煤工作面顶板的支护管理2）特殊支架（1）丛柱（图a）（2）排柱（密集支柱）（图b）（3）木垛（图c）（4）戗柱（斜撑）（图d）二、采煤工作面顶板的支护管理3）端头支架（1）端头四对八梁2-长钢梁4-刮板机二、采煤工作面顶板的支护管理（2）端头十字绞接顶梁二、采煤工作面顶板的支护管理（3）双钩双楔梁4—输送机;6—木垛;7—双钩双楔梁;8—绞车二、采煤工作面顶板的支护管理（4）抬棚长梁，十字绞接顶梁1—基本支架;2—抬棚长梁;3—转载机;4—输送机;5—十字绞接顶梁;二、采煤工作面顶板的支护管理2、悬移组合支架二、采煤工作面顶板的支护管理3、液压支架1）基本支架（1）支架类型：支撑式、掩护式、支撑掩护式二、采煤工作面顶板的支护管理（2）移架方式①液压支架单架依次顺序式移架支架沿采煤机牵引方向依次顺序逐架前移，移动步距等于截深，支架移成一条直线。操作简单，易保证移架质量，能适应不稳定顶板，移架速度慢，用的较多。二、采煤工作面顶板的支护管理②液压支架分组交错式移架Ⅰ组Ⅱ组Ⅲ组Ⅳ组将相邻的2～3支架分为一组，组内的支架间隔交错前移，相邻组间沿采煤机牵引方向顺序前移，组间的一部分支架可以平行前移。移架快，移架质量不易保证，要求顶板较稳定二、采煤工作面顶板的支护管理③液压支架成组整体顺序式移架支架分组，每组23架。组内联动，整体移架，组间顺序前移。移架快，质量不易保证，要求顶底板条件好。二、采煤工作面顶板的支护管理（3）割煤、移架、推移输送机的配合方式割煤后，按推移输送机与移架的先后关系，分为：及时支护和滞后支护①及时支护：先移架，后移输送机。工作空间大，行人，通风，运料及时支护顶板，但控顶宽度大二、采煤工作面顶板的支护管理②滞后支护：先推移输送机，后移架工作空间小，行人，通风，运料滞后支护顶板，但控顶宽度小要求顶板稳定两者由设备结构及尺寸决定，使用时不能改动二、采煤工作面顶板的支护管理2）端头支架（1）单体支柱加长钢梁组成的迈步抬棚适应性强，支设麻烦，费工费时。（2）自移式端头支架移架速度快，对平巷适应性差。（3）用工作面液压支架支护端头（4）自移式端头过渡支架D1ZY35型端头支架二、采煤工作面顶板的支护管理综采面端头支架1，2掩护梁，3机头，5千斤顶，6机尾煤层倾角小，滞后一个截深1、工作面初次放顶的安全措施一般把从第一次回柱到顶板冒落状况符合作业规程规定为止的整个过程称为初次放顶。初放时由于断裂直接顶可能沿倾斜方向移动，支架容易因失去稳定被成片推倒，造成工作面冒顶，为此应采取有效顶板管理措施：（1）适当加大控顶距，防止直接顶回转推垮工作面支架；（2）使用切顶支柱，密集放顶；（3）加强支柱的稳定性。尽量加打木垛，在不能打木垛的密集支护区，加打斜撑。三、特殊条件下采煤工作面顶板控制2、老顶初次来压和周期来压时的安全措施1）老顶的初次来压老顶初次来压是工作面矿山压力显现的重要现象，衡量其指标是来压强度和初次来压步距，顶板坚硬、直接顶薄的工作面初次来压强度大、来压步距大。初次来压特征：老顶初次来压比较突然。来压前回采工作空间上方的顶板压力比较小。因而往往容易使人疏忽大意。初次来压时，老顶垮距比较大，影响的范围也比较广，工作面易出现事故。三、特殊条件下采煤工作面顶板控制老顶初次来压对工作面的影响较大，因此必须掌握初次来压步距的大小，以便及时采取对策。在来压期间，必须加强支架的支撑力，尤其要加强支架的稳定性。一般可以采用木垛、斜撑等特种支架加强回采工作空间的支护。老顶来压前，回采工作面的顶板压力并不大。但煤壁内的支承压力却达到了这种情况下的最大值。所以，煤帮的变形与塌落（片帮），常常是预示工作面顶板来压的一个重要标志。三、特殊条件下采煤工作面顶板控制三、特殊条件下采煤工作面顶板控制2）周期来压的主要表现形式：顶板下沉速度急剧增加，顶板的下沉量变大；支柱所受的载荷普遍增加；有时还可能引起